En una "forma moderna de enseñar la mecánica newtoniana", hay varias nociones a definir antes de enunciar las leyes de Newton, que aparecen en las leyes.
(i) Posición y tiempo en marcos de referencia. Consideraré que es posible medirlo para que la aceleración en un marco de referencia dado sea computable.
(ii) Debe definirse la masa. ¿Cómo podemos definir tal noción? ¿Cómo podemos medirlo?
(iii) También se definirá la fuerza y, por supuesto, una forma de medirla.
Mi comprensión de la ley de Newton es la siguiente (no hablaré de la tercera ley de Newton):
(1) Un marco de referencia inercial es, por definición, un marco en el que si no hay fuerzas netas, es decir, si la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto es igual a cero, entonces .
(2) En tales marcos inerciales, .
(3) La ley de acción-reacción.
Estas declaraciones son algo "circulares", esto no es una novedad ya que muchas otras preguntas sobre este SE pueden dar fe de este hecho.
Parece que la segunda Ley (2) es una definición tanto de fuerza como de masa: mides a y observas que hay una constante de proporcionalidad dependiendo del objeto tal que cuando los dos objetos están en las mismas condiciones. Con esta noción de masa, te identificas como la cosa igual a .
Pero para hacerlo, debe trabajar en un marco de referencia inercial ... ¡lo que requiere que se defina la noción de fuerza! Y la fuerza también es por definición ma en marcos intertiales... esto parece circular. ¿Cómo lo hacemos no circular?
¿Existe una construcción rigurosa de la masa, la fuerza y la primera/segunda ley de Newton?
Permítanme dar un ejemplo preocupante, que alguien me explique por qué estoy equivocado: el experimento de Foucault se considera como una prueba de que el marco de referencia dado por la tierra en la que estamos sentados, no es un marco inercial. Para ello se elabora un inventario de fuerzas, digamos que todas estas fuerzas suman . Luego se observa la aceleración del péndulo. , y observa que . Para restablecer la igualdad hay que añadir una fuerza "ficticia", , de modo que . Mi objeción es entonces: ¿por qué decimos que este marco de referencia no es inercial, en lugar de admitir que olvidamos una fuerza en nuestro inventario?
Para que quede claro, no soy un estudiante universitario de primer año que no entiende nada de la física newtoniana. Estoy bastante convencido de que la Tierra no es un marco de referencia inercial y bastante consciente de que en el marco de referencia apropiado en el que gira la Tierra, la "fuerza ficticia" simplemente se incorpora en la aceleración. Pero... la ley de Newton (2) establece que "la aceleración es fuerza".
Si crees que esta pregunta necesita modificación o aclaración, no dudes en decírmelo. Debo mencionar que no encontré ninguna otra pregunta en Physics Stack Exchange que responda adecuadamente a mi pregunta.
El tema que planteas se aborda en el libro 'Gravitation', de Misner, Thorne y Wheeler.
Los siguientes párrafos abordan la cuestión de cómo hacer física.
Párrafo 12.3
Punto de principio: ¿cómo se pueden escribir primero las leyes de la gravedad y las propiedades del espacio-tiempo en coordenadas galileanas (párrafo 12.1), y solo después (aquí) comprender la naturaleza del sistema de coordenadas y su falta de unicidad? Respuesta: (una cita del parágrafo 3.1, ligeramente modificada): “Aquí y en otras partes de la ciencia, como enfatiza sobre todo Henri Poincaré, ese punto de vista está desactualizado que solía decir 'Define tus términos antes de continuar'. Todas las leyes y teorías de la física, incluidas las leyes de la gravedad de Newton, tienen este carácter profundo y sutil, que tanto definen los conceptos que usan (aquí coordenadas galileanas) como hacen declaraciones sobre estos conceptos".
La discusión en la sección 3.1 del libro es la siguiente:
Todas las leyes y teorías de la física, incluida la ley de fuerza de Lorentz, tienen este carácter profundo y sutil, que definen los conceptos que utilizan (aquí B y E) y hacen declaraciones sobre estos conceptos. Por el contrario, la ausencia de algún cuerpo de teoría, ley y principio priva a uno de los medios apropiados para definir o incluso usar conceptos.
Cualquier paso adelante en el conocimiento humano es creativo en este sentido: que la teoría, el concepto, la ley y el método de medición -para siempre inseparables- nacen en el mundo en unión.
Cómo entiendo los párrafos anteriores:
Las definiciones que estamos usando en el curso de la física son definiciones operativas .
Tomemos el ejemplo de la masa .
Sabemos que podemos hacer configuraciones con pistas de aire , para acercarnos a un movimiento sin fricción.
Empiezas con una cantidad a granel de algo uniforme. (Para asegurarse personalmente, puede tomar un trozo de arcilla y amasarlo hasta que esté seguro de que está todo uniformemente mezclado).
En los experimentos de colisión, dos unidades de volumen de este material de densidad uniforme se comportarán de manera diferente a una unidad de volumen, de acuerdo con esa relación 1:2.
Operacionalmente encuentras que la masa es consistente, tanto que puedes convertirla en una unidad fundamental.
La justificación del concepto de masa es que, con la definición operativa adecuada, se convierte en una poderosa herramienta para hacer física.
Pasando al caso general:
cuando las ideas se aplican en tecnología es cuando la goma se encuentra con el camino.
El ingeniero/físico diseña una nueva máquina , y si la teoría que subyace al diseño es buena, la máquina funcionará como se diseñó .
Por el contrario, si no hay caucho en el camino entonces, sí, todo podría ser un razonamiento circular.
Marco de referencia inercial
En teoría del movimiento tenemos la clase de equivalencia de los sistemas de coordenadas inerciales. La clase de equivalencia de los sistemas de coordenadas inerciales expresa las propiedades físicas de la inercia.
Existe un paralelismo entre la inercia y la inductancia. Inductancia: una bobina con autoinducción se opondrá al cambio de intensidad de la corriente. (Cuando hay un cambio de voltaje, la corriente tiende a cambiar. El cambio de intensidad de la corriente induce un campo magnético que se opone al cambio de intensidad de la corriente).
La inercia ofrece cero resistencia a la velocidad; la inercia se opone al cambio de velocidad.
Para formular una teoría del movimiento debemos conceder la existencia de la inercia. Encontramos que si aceptamos la existencia de la inercia, podemos formular una poderosa teoría del movimiento.
Ahora un ejemplo específico: la definición operativa del sistema de coordenadas inerciales que se mueve junto con el sistema solar.
Si utiliza un sistema de coordenadas inercial para describir los movimientos de los planetas, entonces todos los planetas se mueven de acuerdo con una sola ley: la ley de la gravedad universal de Newton. Si usa cualquier otro sistema de coordenadas, uno que gira con respecto al sistema de coordenadas inercial, entonces tendría que describir el movimiento de cada planeta individual con una ley a medida.
En última instancia, solo hay una forma de identificar el sistema de coordenadas inercial. Las leyes de movimiento de Newton y la ley de la gravedad universal se obtienen si y solo si está utilizando un sistema de coordenadas inercial.
(Claro, matemáticamente puede usar un sistema de coordenadas giratorio. Cuando usa un sistema de coordenadas giratorio, la ecuación de movimiento contiene términos con la velocidad angular del sistema de coordenadas giratorio con respecto al sistema de coordenadas inercial. Es decir: puede usar un sistema de coordenadas giratorio si y solo si conserva el sistema de coordenadas inercial como la referencia subyacente).
Permítanme terminar repitiendo la cita de Misner, Thorne y Wheeler
Todas las leyes y teorías de la física, incluidas las leyes de la gravedad de Newton, tienen este carácter profundo y sutil, que definen los conceptos que usan y hacen declaraciones sobre estos conceptos.
xXx_69_SWAG_69_xXx
jacques mardot
qmecanico